Окислително-редукционните (редокс) реакции формират основата на много процеси за пречистване на вода, насочени към широк кръг цели за качеството на водата. Тези цели включват отстраняване на желязо, манган, сяра, цвят, вкус, мирис и синтетични органични вещества (хербициди и пестициди) (Hesby, 2005). Всяка редокс реакция се състои от две полуреакции: Едната полуреакция включва отдаване на електрони, и тя се определя като окисление. Другата полуреакция включваща приемане на електрони и се определя като редукция. Химичните вещества, служещи като потенциални акцептори на електрони се означават като оксиданти. Тези, функциониращи като потенциални донори на електрони, са известни като редуктори (Shammas et al., 2005). Окислителните и редукционните реакции трябва винаги да са кооплирани, защото свободни електрони не могат да съществуват в разтвор и трябва да бъдат съхранени (Hesby, 2005).
Окисляващите агенти, или окислителите, които се използват в пречистването на води включват хлор, хлорен диоксид, перманганат, кислород и озон. Подходящият окислител за постигане на конкретно качество на водата зависи от редица фактори, включително качеството на изходните води, специфичните замърсители и местните химични и енергийни разходи (Hesby, 2005).
Химичното окисление е процес , който включва прехвърляне на електрони от окисляващ реагент към химични вещества, обект на окисление. В хидроинженерството на питейни и отпадни води, химичното окисление служи за превръщане на гниещи вещества замърсители в безвредни или стабилизирани продукти. Процесите на химично окисление протичат в естествени води и служат като важен механизъм на самопречистване на повърхностните води. Окислителното отстраняване на разтворените железни и сулфидни замърсители в аерираните води е ярък пример за това. Деградацията на органични отпадъчни материали представлява още по-важно явление, свързано със самопречистването на природните води. Добре известно е, че ефикасността на окисление на органичните вещества в природните води се дължи на наличието на микроорганизми, които катализират изключително ефективно използването на разтворен кислород като окислител. В действителност, такива катализирани от микроорганизми процеси са оптимизирани и разработени в различните форми. Това са така наречените "биологични процеси" с приложение за третиране на органични отпадъци с висока концентрация (Shammas и сътр., 2005).
Гниещите вещества е известно, че съдържат най-често срещаните класове замърсители в естествените водни системи. Тези вещества имат най-нежелателен ефект върху качеството на водите, в които тяхното разграждане често причинява изчерпване на разтворения кислород във водата. Разтвореният кислород от своя страна, е от съществено значение за съществуването на водните организми в горните трофични нива и е широко приет като най-важен показател за качеството на водната система или за нейното замърсяване. Анализът на кислородния баланс във водна среда показва, че преносът на кислород от атмосферата обикновено представлява най-важния източник на кислород, докато най-големият замърсител от потребление на материали, представляват преливниците. Химичните реакции, които водят до консумация на кислород са известни като окислителни процеси (Shammas и др., 2005).
За да се поддържа правилен материален баланс, всяка химична промяна от специфичен характер трябва да бъде придружена от процес с противоположния ефект. По този начин, реалното потребление на молекулярен кислород е по-правилно да се определя като намаляване, докато придружаващото разграждане на гниещи замърсители се определя като окисление. С други думи, окислението и редукцията трябва да настъпват като обвързани процеси. Най-приемливото функционално определение на процесът окисление-редукция се дава по отношение на трансфера на електрони между реагиращи вещества (Shammas и сътр., 2005).
Сероводородът се среща често в изворните води, където това води до характерна миризма на развалени яйца. Тъй като водата преминава през земята, тя влиза в контакт със сулфатите. Ако водата е силно минерализирана или съдържа продукти на разлагане, тези минерали и други вещества реагират със сулфатите и ги променят в сероводород (H2S). Повърхностните води рядко имат сероводородни проблеми, тъй като водата е естествено аерирана и тече активно (URL 3).
Сероводородният газ се превръща в киселинна форма, когато се разтвори във вода. Киселината е слаба, но силно корозивна, поради което разяжда електрични контакти и причинява слаб мирис. Това води до оплаквания за черна вода. Водата, съдържаща сероводород потъмнява, след престой във водопровода за няколко часа. Черната вода най-често се забелязва, когато се промиват пожарни кранове (URL 3).
Присъствието на големи количества от сероводород може лесно да се регистрира, заради миризмата. Неприятната миризма на развалени яйца е много характерна за този газ, освен ако не е отстранен или ограничен. Поради тази неприятна миризма има много оплаквания. В резултат на това, независимо че газообразният H2S във водата не е вреден за хората, той обикновено се отстранява, когато присъства (URL 3).
Съществуват три метода, използвани за отстраняване на сероводорода. При висока концентрация на газ, водата трябва да се аерира, което позволява по-голямата част от сероводрода да излети във въздуха. Аерирането на сероводорода изисква понижаване на рН на водата до 6 или по-ниски стойности и след това газът може да бъде отстранен чрез аерацията. Оставащият газ (или по-ниски концентрации от него) може да бъде окислени с хлор. Алтернативно, може да се използва озон за превръщане на сероводорода в сярна киселина, но озонът също е корозивен, така че може да предизвика нови проблеми, разрешавайки съществуващите такива (URL 3).
Желязото (Fe) и манганът (Mn) са минерали, които могат да бъдат намерени във водните басейни. Минералите причиняват петна по порцелановите водопроводни тела и пералните и са причина кафето или чая да са с мътни и безвкусни. В допълнение, те могат да причинят диария (URL 3).
Водата, съдържаща желязо и манган изглежда чиста, когато се вземе от източника. При излагане на въздух в продължение на няколко часа обаче, минералите се окисляват и в резултат на това водата се оцветява. Наличието на окислено желязо е причина водата да бъде червеникава на цвят и да води до получаване на петна със същия цвят. Манганът е тъмнокафяв минерал и получените петна са тъмно кафяви или черни (URL 3).
Обичайното пречистване за отстраняване на Fe и Mn от водата е да се окисляват минералите възможно най-бързо и след това да се отстрани окисления материал чрез филтрация. Mn окислява и променя цвета на водата с по-бавен темп от желязото, което се отразява на метода на пречистване, използван за всеки минерал. В допълнение, рН влияе на скоростта на окисление и за двата минерала, така че често е необходимо да се променя рН на водата по време на обработката (URL 3).
Разтворените Fe и Mn обикновено са в редуцирано състояние (Fe II, Mn II) и могат да бъдат отстранени чрез окисление до Fe III и Mn IV, където се утаяват като Fe(ОН)3 и Mn(ОН)2. Утайките се отстраняват след стъпките утаяване и/или филтриране. Няколко окислители са достъпни за този процес, а именно хлорен диоксид, озон и калиев перманганат. Те също така се отстраняват чрез конвенционална обработка с вар за омекотяване (Hesby, 2005 г.)
В някои случаи окислението се осъществява напълно чрез добавяне на химикали. В други случаи водата първо се аерира, след това се добавя алкален метал до пълното й окисление. Алкалните метали оптимизират рН и използват кислорода във въздуха, за да окислят желязото и мангана. В същото време, те намаляват концентрацията на въглероден диоксид във водата (URL 3).
Най-нежелателните вкусове и миризми, които се появяват в непречистената вода и които в частност са от органичен произход, могат да бъдат омекотени посредством разумното прилагане на перокислители. Повърхностните води в частност са предразположени да имат проблеми с вкуса и миризмата от наличието на водорасли, други причиняващи миризми организми и гниеща растителност (Hesby, 2005).
Най-добре познатите и най-често причиняващите миризми съединения, свързани с водораслите са метилизоборнеол (MIB) и геозмин. И двете съединения се произвеждат от актиномицети и различни синьозелени водорасли и са особено устойчиви на окисление.В частност, трудното отстраняване на тези нежелани качества на водата могат да изискват както окисление така и стъпка на адсорбция, за да се ограничат вкусовете и миризмите до приемливи нива (Hesby, 2005).
